Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Lagonegro-Sorgato: le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Tesina di maturità

Esami di stato 1999-2000

Lagonegro Matteo e Sgorgato Nicola

Istituto Tecnico Commerciale

Lagonegro-Sorgato Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Lagonegro-Sorgato Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Indice

Reti di calcolatori.................................................... pag. 1

Organizzazione fisica delle reti....................................... pag. 2

Topologia di reti di comunicazione..................................... pag. 5

Comunicazione nelle reti................................................ pag. 9

Tipi di reti............................................................ pag. 12

Reti locali e sistemi operativi distribuiti............................ pag. 13

Reti geografiche........................................................ pag. 19

Reti metropolitane...................................................... pag. 22

Lagonegro-Sorgato Le reti di calcolatori e lo sviluppo delle aziende bancarie

Reti di calcolatori

Mentre gli anni ’70 possono essere definiti come gli anni dei calcolatori di grosse dimensioni, a partire dagli anni ’80 una nuova tendenza ha preso piede nell’ambito dell’informatica, quella del collegamento in rete di elaboratori e dell’informatica distribuita. La possibilità di collegare tra di loro elaboratori e quindi utenti in località diverse sta infatti assumendo importanza sempre maggiore.

I vantaggi derivanti da tale possibilità sono molti e di tipo diverso. In primo luogo, si può pensare che il collegamento tra più elaboratori possa essere visto come una naturale evoluzione dei sistemi time-sharing multiutente. Collegando tra loro in rete un certo numero di personal-computer si può fare in modo che, da un lato, ogni utente abbia la propria macchina personale su cui lavorare, dall’altro si consenta agli utenti di condividere informazioni e risorse. Infatti, si può fare in modo che gli elaboratori possano comunicare tra di loro e possano avere dispositivi in comune, ad esempio dischi su cui vengano mantenute informazioni comuni a più utenti o stampanti per cui non è necessario dotare ogni singolo personal di una sua stampante privata.

Ovviamente le possibilità di connessione possono non limitarsi ad elaboratori personal; ad esempio, si può pensare di collegare ad una rete di personal anche un elaboratore più potente e quindi consentire ai vari utenti di poter utilizzare tale elaboratore quando ne hanno bisogno. L’idea, in questo caso, è quindi quella di avere una rete con elaboratori eterogenei in modo tale che ogni utente possa usare, ogni volta, l’elaboratore che è più opportuno per il compito che deve svolgere.

I vantaggi del collegamento tra elaboratori possono non limitarsi però a tali casi. Un aspetto che è senza dubbio fondamentale e che è stato uno dei maggiori impulsi allo sviluppo delle reti è la possibilità di comunicazione remota tra diversi utenti. L’idea è quella di creare collegamenti a livello mondiale e dare quindi la possibilità agli utenti di collegarsi ad elaboratori di diverse parti del mondo, di effettuare scambi di informazioni con altri utenti e di accedere e consultare banche dati situate in diversi luoghi geografici.

Organizzazione fisica delle reti

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Parlando di reti di elaboratori si intende un insieme di elaboratori collegati tra di loro; più precisamente una rete sarà formata da un insieme di “nodi” e da archi di collegamento. Affinché un insieme di nodi, di elaboratori, possano comunicare tra di loro è necessario che tali nodi siano collegati. I collegamenti possono essere effettuati in molti modi differenti.

Il modo più semplice per collegare due nodi è quello di utilizzare un cavo su cui inviare segnali. In pratica, si utilizzano vari tipi di cavi, dai comuni cavi di rame o telefonici a cavi basati su tecnologie di trasmissione più sofisticate come i cavi coassiali o le fibre ottiche.

Un primo aspetto importante concernente la possibilità di comunicazione tra due elaboratori attraverso un cavo, canale, è la definizione di “protocolli di comunicazione” o “protocolli di scambio di dati”. Affinché la comunicazione possa avvenire in modo corretto si devono cioè definire delle regole che governino in modo preciso ogni scambio di informazioni. Si pensi, in particolare, che in alcuni casi si ha la necessità di far comunicare elaboratori di tipo differente, con struttura hardware differente o che usano diversi sistemi per la codifica delle informazioni. Si devono quindi stabilire in modo preciso le regole di comunicazione, ad esempio:

• A quale velocità, ritmo, avviene l’invio di byte;
• Quali segnali convenzionali indicano l’inizio e la fine di una trasmissione, o anche quali segnali indicano la disponibilità a trasmettere o a ricevere;
• Quali tecniche si usano per la verifica della correttezza dei messaggi;
• Quale segnale convenzionale indica la corretta ricezione di un messaggio.

Tutte tali regole e convenzioni devono essere stabilite a priori, altrimenti ogni tentativo di comunicare porterebbe solamente a confusione.

Esistono oggi vari modelli per la comunicazione tra elaboratori e tali modelli definiscono ben precisi protocolli di comunicazione. Uno di tali modelli, il modello ISO-OSI, definito nel 1978 dalla International Standards Organization, si sta oggi diffondendo come un protocollo standard usato da diversi livelli, ognuno dei quali definisce dei ben precisi servizi per la comunicazione in rete tra nodi.

Il collegamento fisico tra due nodi, ossia la presenza di un cavo per l’effettivo scambio di informazione tra i nodi, non è tuttavia sempre possibile. In primo luogo, in alcuni casi non è economico fare in modo che ogni coppia di nodi sia collegata da un cavo; in altri casi la distanza tra i nodi impedisce la possibilità di un collegamento fisico.

Nel primo caso l’idea è che la comunicazione può avvenire anche se due nodi non sono collegati in modo diretto: sarà sufficiente utilizzare un terzo nodo, collegato ai primi due, e fare in modo che il messaggio transiti da tale terzo nodo. Ciò richiede ovviamente il fatto che i protocolli di comunicazione prevedano anche che un nodo possa smistare messaggi per conto terzi.

Più critico è il secondo caso in cui la distanza impedisce ogni forma di collegamento fisico dedicato per la comunicazione. Si pensi ad esempio di voler collegare un elaboratore che si trova a Torino con uno che si trova a San Francisco negli Stati Uniti; ovviamente non si può pensare di avere un cavo o anche di passare da un terzo nodo, o da altri nodi intermedi, con collegamenti dedicati.

L’idea in questo caso è quella di utilizzare per la comunicazione tra calcolatori gli usuali mezzi di comunicazione a distanza, quali il collegamento telefonico o il collegamento via satellite.

Un problema nell’uso di mezzi di comunicazione convenzionali è che essi in generale non utilizzano lo stesso schema di codifica e trasmissione delle informazioni usate all’interno dei calcolatori. Questo è il caso, in particolare, delle linee telefoniche. In tali linee le informazioni, il segnale vocale, vengono trasmesse in forma analogica, ossia sotto forma di onda elettromagnetica, sinusoidale, continua in cui le variazioni di frequenza e/o di ampiezza indicano variazioni di segnale. Vi è in tal caso uno spettro di frequenze possibili, corrispondenti a infiniti diversi segnali che si possono inviare. Nel caso dei sistemi di elaborazione la trasmissione avviene in forma digitale, ossia vi sono solo due possibili segnali che devono essere trasmessi, corrispondenti ai due possibili stati di una unità di informazione, il bit. Si ha quindi la differenza tra un sistema discreto, due soli messaggi possibili, e un sistema continuo, basato su infinite frequenze possibili; affinché un segnale digitale possa essere trasmesso su una linea telefonica è quindi necessario effettuare delle conversioni.

Esistono dei dispositivi particolari chiamati MODEM, MODulatore DEModulatore, che si occupano di tale conversione. Nella comunicazione via linea telefonica a distanza tra due elaboratori si usano due MODEM: il MODEM presso l’elaboratore che trasmette esegue la conversione da digitale ad analogico del segnale; il MODEM presso l’elaboratore che riceve esegue la conversione da analogico a digitale del messaggio ricevuto. Ovviamente è necessario aver definito un ben preciso protocollo affinché la comunicazione avvenga correttamente.

Tecnicamente esistono vari modi in cui è possibile effettuare la conversione. I MODEM attuali trasmettono un segnale fisso costante detto “segnale portante” e codificano l’informazione digitale mediante opportune variazioni di tale segnale portante, modulazioni. In particolare, si può pensare che la trasmissione di un segnale “0” corrisponda al semplice segnale portante mentre la trasmissione di un segnale “1” possa essere effettuata variando la frequenza, modulazione di frequenza, oppure variando l’ampiezza, modulazione di ampiezza, oppure ancora variando la fase, modulazione di fase, del segnale portante.

Un altro aspetto fondamentale del collegamento tra due nodi è la distinzione tra il collegamento con linea dedicata e quello con linea commutata. La differenza fondamentale è il fatto che nel primo caso, dati due nodi A e B, si ha una linea di collegamento esclusivamente dedicata alla loro comunicazione, ossia una linea permanente tra A e B non usabile da nessun altro e sempre disponibile per la loro comunicazione; nel secondo caso l’idea è di avere un insieme di circuiti di comunicazione e creare un collegamento tra due nodi nel momento in cui serve per la loro comunicazione, tale scelta è simile a quella delle linee telefoniche convenzionali. La prima scelta permette una comunicazione più efficiente e inoltre è sempre disponibile; tuttavia il costo risulta estremamente alto, tale scelta viene fatta nel caso di due nodi che comunicano pesantemente e frequentemente; nel secondo caso si possono avere problemi di conflitti di comunicazioni e in alcuni casi la comunicazione può dover essere ritardata se non vi sono linee, collegamenti, disponibili.

Nel caso di linee commutate può essere interessante avere la possibilità di utilizzare una stessa linea per più comunicazioni simultanee. In questo modo, infatti, si diminuisce la probabilità che una comunicazione debba essere ritardata in quanto non vi sono linee disponibili per collegare due nodi.

Il multiplexing è una tecnica per fare in modo che una linea, canale di comunicazione, possa essere divisa in più sotto-canali di comunicazione per trasmettere contemporaneamente e indipendentemente più segnali. In alcuni casi la suddivisione è fisica: ossia ogni cavo è formato da un certo numero di cavi usabili indipendentemente, questo è il caso delle linee telefoniche; in altri casi la condivisione è logica e si usano tecniche di suddivisione della frequenza o del tempo di trasmissione per condividere un unico canale fisico.

Oltre a questo, esistono due possibili modi di comunicazione: la comunicazione seriale e quella parallela. Nel caso della trasmissione seriale, i bit vengono trasmessi sequenzialmente lungo il canale di comunicazione; in altri termini, viene inviato un segnale binario alla volta e gli otto bit di un carattere vengono quindi trasmessi uno dopo l’altro. Nel caso di trasmissione parallela, si possono trasmettere simultaneamente più segnali, in seguito a multiplexing fisico o logico. Ad esempio, usando un cavo con otto fili si possono trasmettere simultaneamente gli otto bit di un carattere. È opportuno fare alcune precisazioni riguardanti la modalità di comunicazione, scambio di informazione, tra due nodi.

Un messaggio è formato da una sequenza di byte; ogni byte è formato da otto bit che corrispondono a otto segnali da trasmettere. In alcuni casi oltre agli otto bit ne vengono trasmessi anche altri per il controllo di errori. Può infatti capitare, in una comunicazione tra nodi, che vi siano errori di trasmissione o interferenze, si pensi ad esempio alla possibilità di interferenze su linee telefoniche. In questo modo il messaggio inviato può risultare alterato, si noti che anche la sola alterazione di un bit in un messaggio di molte migliaia di byte può creare seri problemi; se, ad esempio, si stava trasmettendo un programma si ha che l’alterazione di un solo bit rende il programma non eseguibile.

Si deve quindi avere un modo per cercare di accorgersi se vi sono stati errori di trasmissione e per cercare di ovviare a tali errori. Una tecnica utilizzata comunemente è quella del controllo di parità.

In tal caso, per ogni byte trasmesso, oltre agli 8 bit ne viene trasmesso uno aggiuntivo: il bit aggiuntivo vale 0 se gli 8 bit contengono un numero pari di 1, vale 1 altrimenti. In ricezione si ricevono gli 8 bit del messaggio e il bit di parità spedito dal mittente. A partire dagli 8 bit ricevuti si calcola un nuovo bit di parità con le stesse regole enunciate in precedenza e si confronta tale valore con quello ricevuto. Se i valori sono diversi allora vi è stato un errore di trasmissione, un bit è arrivato alterato rispetto a come era partito in quanto è cambiata la parità del numero di 1.

Ad esempio, supponiamo che il messaggio trasmesso sia 10010010, bit di parità 1, e quello ricevuto sia 11010010; in tal caso il bit di parità calcolato dal ricevente è 0, che è diverso da quello ricevuto e, in effetti, un bit è stato alterato nella comunicazione.

Questa tecnica è solo parzialmente affidabile in quanto non è in grado di riconoscere la presenza di due errori di trasmissione: se infatti due bit vengono modificati la parità dei bit con valore 1 rimane inalterata. Ad esempio, supponiamo, nel caso precedente, che il messaggio ricevuto sia 11110010; in tal caso il bit di parità calcolato è 1 ed è uguale a quello ricevuto ma il messaggio è diverso da quello originariamente spedito. Tuttavia, la probabilità di un errore di trasmissione è bassa per cui la probabilità di due errori nella trasmissione di un singolo byte è trascurabile.

Topologie di reti di comunicazione

Un aspetto fondamentale riguardante le reti è la scelta della topologia della rete. Il problema che si vuole risolvere è il seguente: dato un insieme di N nodi che devono essere collegati, quali collegamenti fisici realizzare, ossia quanti e quali cavi utilizzare e come disporli per connettere i nodi? Vi sono molte scelte possibili e nel fare la scelta si devono tenere in considerazione per lo meno i seguenti fattori:

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• Economicità: si vuole cioè che il costo della rete non sia troppo elevato; questo significa che poiché il costo è legato al numero e alla lunghezza delle connessioni, si vuole fare in modo che il numero di connessioni, e la loro lunghezza, non sia troppo alto.
• Velocità di comunicazione: si vuole cioè che dati due nodi qualsiasi all’interno della rete, la comunicazione tra tali nodi sia il più veloce ed efficiente possibile. La comunicazione più veloce è quella data dal collegamento diretto tra i due nodi. Nel caso non vi sia un collegamento diretto, allora si vuole che la comunicazione non attraversi un numero troppo alto di nodi intermedi. Ogni nodo intermedio porta infatti un ritardo dovuto al fatto che il nodo deve ricevere e riconoscere il messaggio, in particolare, riconoscere che si tratta di un messaggio destinato ad altri, e ritrasmettere il messaggio verso il destinatario. Il tempo di trasmissione può essere quindi approssimato come il numero di archi che si devono attraversare; questo anche perché data la velocità di trasmissione su un arco, dell’ordine di grandezza della velocità della luce, la lunghezza non è molto rilevante, in particolare nel caso di reti locali. Allo stesso tempo, si vuole che la comunicazione sia distribuita equamente tra i diversi archi e non vi siano zone a traffico troppo intenso in quanto tali zone possono diventare critiche e rallentare l’intero insieme di comunicazioni nella rete, di solito si dice che un tale nodo diventa un “collo di bottiglia – bottleneck - nella comunicazione all’interno della rete).